CN110901652B - 一种电动差动转向车辆车速控制系统及其直行纠偏方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电动差动转向车辆车速控制系统及其直行纠偏方法，本发明通过控制算法显著改善轮边电机驱动形式车辆的直线行驶稳定性，成本低廉。车辆车速控制系统，包括：执行模块；采集模块；控制模块，所述控制模块包括整车控制器、电机控制器，所述电机控制器分别与左电机、右电机连接，所述整车控制器接收采集模块的信息，并计算得到目标扭矩，再将目标扭矩发送至电机控制器，电机控制器控制左电机、右电机输出目标扭矩。车辆直行纠偏方法包括：所述整车控制器接收采集模块的信息，并计算得到车辆直行所需扭矩，再将车辆直行所需扭矩发送至电机控制器，电机控制器控制左电机、右电机输出车辆直行所需扭矩，驱动车辆直行。

Description

一种电动差动转向车辆车速控制系统及其直行纠偏方法
技术领域
本发明涉及电动汽车技术领域，特别是涉及一种电动差动转向车辆车速控制系统及其直行纠偏方法。
背景技术
电动汽车技术近年发展迅速，相比传统燃油汽车它具备能效高、污染物排放少、动力响应快等优点，是未来汽车技术发展的重要方向之一。轮边电机驱动形式车辆是电动汽车的其中一种，其独特的差动驱动方式使其可以完成1/2转向和原位转向等动作，相对轨迹转向车辆有更高的操控灵活性。
当方向盘在中位时，车辆在平直路面上行驶的直线保持能力是评判车辆操控性能的重要指标之一。传统轨迹转向车辆是通过操纵方向盘控制车辆的转向轮转动角度来实现车辆转向动作的，可通过调整其转向和悬架系统的参数来调整车辆的直行性能。但差速转向车辆因为没有转向机构，悬架结构也相对简单，当直行性能不佳时，通过调整结构参数优化的空间很有限。另一方面，从实践经验上看，轮边电机驱动形式车辆的直行性能会受两侧电机扭矩输出一致性、两侧传动链效率一致性、车辆质心分布等诸多因素的影响。所以差动转向电动车辆的直线纠偏方法有重要的工程实用价值。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种电动差动转向车辆车速控制系统及其直行纠偏方法，本发明通过控制算法显著改善轮边电机驱动形式车辆的直线行驶稳定性，成本低廉。
本发明的目的是这样实现的：
一种电动差动转向车辆车速控制系统，包括：
执行模块，所述执行模块包括加速踏板、方向盘、左电机、右电机，所述左电机、右电机分别驱动车辆对应侧的车轮，所述加速踏板分别作用于左电机、右电机，用于控制车轮转速；
采集模块，所述采集模块包括开度传感器、转向传感器、横摆角速度传感器，所述开度传感器用于采集加速踏板的开度信息，所述转向传感器用于采集方向盘的转向信息，所述横摆角速度传感器用于采集车辆的横摆角速度信息；
控制模块，所述控制模块包括整车控制器、电机控制器，所述电机控制器分别与左电机、右电机连接，所述整车控制器接收采集模块的信息，并计算得到目标扭矩，再将目标扭矩发送至电机控制器，电机控制器控制左电机、右电机输出目标扭矩。
优选地，所述开度传感器、转向传感器通过导线连接整车控制器，所述横摆角速度传感器、电机控制器通过CAN网络与整车控制器信号连接。
优选地，所述加速踏板采用电子加速踏板，所述开度传感器与电子加速踏板集成在一起。
优选地，还包括制动踏板，所述制动踏板分别作用于左电机、右电机输出端的刹车盘，用于控制车轮制动力。
一种电动差动转向车辆直行纠偏方法，包括车速控制系统，直行纠偏方法包括：所述整车控制器接收采集模块的信息，并计算得到车辆直行所需扭矩，再将车辆直行所需扭矩发送至电机控制器，电机控制器控制左电机、右电机输出车辆直行所需扭矩，驱动车辆直行。
优选地，车辆直行所需扭矩计算方法包括：
a、加速扭矩Ta标定：
通过开度传感器采集加速踏板的开度信息，开度信号传递到整车控制器后以正比例关系换算成加速扭矩，表达式如下：
Ta＝min(TLMAX，TRMAX)×P％
其中，Ta为加速扭矩，TLMAX，TRMAX分别为左电机、右电机在当前转速下输出扭矩最大限值，P为加速踏板开度；
b、预纠偏扭矩Tb标定：
当车辆具备完整驾驶功能后，在平直道路上，车辆空载，设定Tb初始值为0，保持方向盘传感器在中位，踩下加速踏板，使车辆以某一车速匀速行驶，观测车辆跑偏情况，若车辆行驶过车中向左偏，则标定Tb为正；若车辆行驶过车中向右偏，则标定Tb为负；Tb值的大小根据跑偏情况进行调整，直到车辆直线跑偏情况达到目标水平为止；
c、跟随纠偏扭矩Tc标定：
Tc使用PI控制方法计算：
Tc＝Kp*e(ω)+Ki*∫e(ω)dt
式中，Kp、Ki是标定参数，根据车辆固有特征标定，e(ω)是横摆角速度传感器反馈的横摆角速度值，完成Tb的标定后，记录其数值并将Tb归零，在相同条件下以相同方式驾驶车辆，根据车辆跑偏情况调整Tc计算式中的Kp、Ki两参数值，直到车辆直线跑偏情况达到目标水平为止；
d、三种扭矩综合计算，其表达式如下：
Figure BDA0002330344790000041
其中，TL为左电机目标扭矩，TR为右电机目标扭矩，Vr为实际车速，Vlimit为纠偏车速限值。
优选地，预纠偏扭矩Tb标定过程中，如果在不同车速下，车辆跑偏情况具有差异，则均匀选定几个车速，分别标定对应的Tb值，其余车速作插值算法处理。
优选地，Vr通过轮速传感器获得；或，通过电机转速计算获得。
优选地，加速踏板开度P的标定方法：开度传感器反馈电压值，不同机械开度对应不同电压值，选定踏板机械行程范围内的两个极限位置，分别将两个位置对应的电压值标定为100％和0％，中间范围的机械开度作线性插值。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下有益效果：
本发明提供了一种解决轮边电机驱动形式车辆容易直线跑偏问题的解决方法。该方法具有操作简单、成本低廉、适应性强等优点，也填补了这类问题的控制策略空白。
附图说明
图1为本发明的系统示意图。
具体实施方式
参见图1，一种电动差动转向车辆车速控制系统，包括电子加速踏板(包括开度传感器)、液压制动系统、转向传感器、整车控制器、驱动电机控制器、轮边电机(左电机、右电机)、横摆角速度传感器(惯性单元)。电子加速踏板和转向传感器分别采集驾驶员的行进和转向需求，通过硬线传递至整车控制器。横摆角速度传感器采集车辆的横摆角速度信息，通过CAN网络传递至整车控制器。整车控制器将计算得到的目标需求扭矩通过CAN线下发至电机控制器。两台轮边电机由同一电机控制器控制，经过传动装置分别驱动车辆左右两侧车轮。两台轮边电机所输出动力在传递至车轮过程中没有机械上的耦合。制动踏板、液压回路、刹车盘组成液压制动系统；液压制动系统独立的同时，制动踏板通过液压回路产生液压力作用于刹车盘，从而产生制动力；电机提供的驱动力使车辆加速，制动系统提供的制动力使车辆减速，两者共同作用从而控制车速。
一种电动差动转向车辆直行纠偏方法，上述车速控制系统通过加速踏板获取驾驶员加速意图，加速踏板的开度信号经硬线传递到整车控制器后以正比例关系换算成加速扭矩，表达式如下：
Ta＝min(TLMAX，TRMAX)×P％
其中，Ts为加速扭矩，TLMAX，TRMAX分别为左右电机在当前转速下输出扭矩最大限值，P为加速踏板开度。TLMAX，TRMAX是电机出厂后的固有参数，不需标定。加速踏板开度P的标定方法：开度传感器反馈电压值，不同机械开度对应不同电压值，选定踏板机械行程范围内的两个极限位置，分别将两个极限位置对应的电压值标定为100％和0％，中间范围的机械开度作线性插值。
当车辆具备完整驾驶功能后进行预纠偏扭矩Tb和跟随纠偏扭矩Tc控制参数P、I的标定。
Tb标定方法为：在平直道路上，车辆空载，设定Tb初始值为0，保持方向盘传感器在中位，踩下加速踏板，使车辆以某一车速匀速行驶，观测车辆跑偏情况。若车辆行驶过车中明显向左偏，则标定Tb为正；若车辆行驶过车中明显向右偏，则标定Tb为负；其值的大小根据跑偏情况进行调整，直到车辆直线跑偏情况达到或接近目标水平为止。若在不同车速下跑偏情况差异明显，则可选定几个代表车速标定对应的Tb值，其余车速作插值算法处理。
Tc使用PI控制方法计算：
Tc＝Kp*e(ω)+Ki*∫e(ω)dt
式中，Kp、Ki是标定参数，根据车辆质量、长宽尺寸等固有特征标定，e(ω)是横摆角速度传感器反馈的横摆角速度值，完成Tb的标定后，记录其数值并将Tb归零，在相同条件下以相同方式驾驶车辆，根据车辆跑偏情况调整Tc计算式中的Kp、Ki两参数值，直到车辆直线跑偏情况达到目标水平为止；同时应避免车辆因Tc的周期变化而出现的蛇形行驶。
整车控制器将三种力矩综合计算，其表达式如下：
Figure BDA0002330344790000061
其中TL为左侧驱动电机目标扭矩，TR为右侧驱动电机目标扭矩。Vr为实际车速，可通过轮速传感器或电机转速计算获得。Vlimit为纠偏车速限值，其意义在于避免加速踏板未踩下同时车辆静止时两侧电机输出不必要的纠偏力矩。
整车控制器将计算得到的目标扭矩通过cAN网络下发至电机控制器，电机控制器控制左右驱动电机输出相应扭矩，驱动车辆行驶。
最后说明的是，以上优选实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管通过上述优选实施例已经对本发明进行了详细的描述，但本领域技术人员应当理解，可以在形式上和细节上对其作出各种各样的改变，而不偏离本发明权利要求书所限定的范围。

Claims (4)

1.一种电动差动转向车辆直行纠偏方法，其特征在于，包括车速控制系统，车速控制系统包括：
执行模块，所述执行模块包括加速踏板、方向盘、左电机、右电机，所述左电机、右电机分别驱动车辆对应侧的车轮，所述加速踏板分别作用于左电机、右电机，用于控制车轮转速；
采集模块，所述采集模块包括开度传感器、转向传感器、横摆角速度传感器，所述开度传感器用于采集加速踏板的开度信息，所述转向传感器用于采集方向盘的转向信息，所述横摆角速度传感器用于采集车辆的横摆角速度信息；
控制模块，所述控制模块包括整车控制器、电机控制器，所述电机控制器分别与左电机、右电机连接，所述整车控制器接收采集模块的信息，并计算得到目标扭矩，再将目标扭矩发送至电机控制器，电机控制器控制左电机、右电机输出目标扭矩；
直行纠偏方法包括：所述整车控制器接收采集模块的信息，并计算得到车辆直行所需扭矩，再将车辆直行所需扭矩发送至电机控制器，电机控制器控制左电机、右电机输出车辆直行所需扭矩，驱动车辆直行；
车辆直行所需扭矩计算方法包括：
a、加速扭矩Ta标定：
通过开度传感器采集加速踏板的开度信息，开度信号传递到整车控制器后以正比例关系换算成加速扭矩，表达式如下：
Ta＝min(TLMAX，TRMAX)×P％
其中，Ta为加速扭矩，TLMAX，TRMAX分别为左电机、右电机在当前转速下输出扭矩最大限值，P为加速踏板开度；
b、预纠偏扭矩Tb标定：
当车辆具备完整驾驶功能后，在平直道路上，车辆空载，设定Tb初始值为0，保持方向盘传感器在中位，踩下加速踏板，使车辆以某一车速匀速行驶，观测车辆跑偏情况，若车辆行驶过程中向左偏，则标定Tb为正；若车辆行驶过程中向右偏，则标定Tb为负；Tb值的大小根据跑偏情况进行调整，直到车辆直线跑偏情况达到目标水平为止；
c、跟随纠偏扭矩Tc标定：
Tc使用PI控制方法计算：
Tc＝Kp*e(ω)+Ki*∫e(ω)dt
式中，Kp、Ki是标定参数，根据车辆固有特征标定，e(ω)是横摆角速度传感器反馈的横摆角速度值，完成Tb的标定后，记录其数值并将Tb归零，在相同条件下以相同方式驾驶车辆，根据车辆跑偏情况调整Tc计算式中的Kp、Ki两参数值，直到车辆直线跑偏情况达到目标水平为止；
d、三种扭矩综合计算，其表达式如下：
Figure FDA0002891735600000021
其中，TL为左电机目标扭矩，TR为右电机目标扭矩，Vr为实际车速，Vlimit为纠偏车速限值。
2.根据权利要求1所述的一种电动差动转向车辆直行纠偏方法，其特征在于，预纠偏扭矩Tb标定过程中，如果在不同车速下，车辆跑偏情况具有差异，则均匀选定几个车速，分别标定对应的Tb值，其余车速作插值算法处理。
3.根据权利要求1所述的一种电动差动转向车辆直行纠偏方法，其特征在于，Vr通过轮速传感器获得；或，通过电机转速计算获得。
4.根据权利要求1所述的一种电动差动转向车辆直行纠偏方法，其特征在于，加速踏板开度P的标定方法：开度传感器反馈电压值，不同机械开度对应不同电压值，选定踏板机械行程范围内的两个极限位置，分别将两个极限位置对应的电压值标定为100％和0％，中间范围的机械开度作线性插值。
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